2.2. Открытые горные выработки

Открытыми горными выработками называют выработки с незамкнутыми контурами поперечного сечения. К ним относятся траншеи, полутраншеи и котлованы.

Траншея – это открытая горная выработка трапециевидной формы в поперечном сечении, ограниченная снизу подошвой (дном) и наклонными плоскостями с боков, именуемыми бортами.

Основными параметрами траншеи являются ширина ее основания, продольный уклон, длина, угол откоса бортов и строительный объем.

В зависимости от назначения различают капитальные, разрезные и специальные траншеи.

Капитальные траншеи (полутраншеи) предназначены для вскрытия месторождения или отдельных его участков (карьерных полей). В них размещаются, в зависимости от вида транспорта, рельсовые пути, автодорога или транспортные установки.

Ширина основания (дна) траншеи определяется в зависимости от типа экскаватора, способа ее проведения и числа транспортных полос. В учебных расчетах она может приниматься по данным работ [3, с.206 и 211, табл.6.3 и 6.4] или [9, с.202, табл.9.1].

Глубина траншеи соответствует высоте уступа, а ее длина определяется в зависимости от продольного (руководящего) уклона и максимальной глубины. Руководящим уклоном именуется тангенс максимального угла наклона основания (дна) траншеи J, преодолеваемого карьерным транспортом.

, (2.1)

где L_к.т – длина проекции осевой (наклонной) линии траншеи на горизонтальную плоскость (продольный прилежащий катет треугольника).

В соответствии с этим измерение уклона может выполняться в долях единицы: tgJ, промилле ‰, отношение высоты подъема к одной тысяче метров длины траншеи, процентах (то же, на 100 м длины) или углом наклона основания (дна) траншеи J = arctg i_к.т в градусах.

Следовательно, длина наклонной капитальной траншеи определится как

, (2.2)

Значение уклонов капитальных траншей в зависимости от вида транспорта могут приниматься по данным табл.2.1 [2, с.40].

Таблица 2.1

Значение продольного уклона капитальных траншей

В зависимости от других признаков различают следующие типы капитальных траншей (табл.2.2).

Таблица 2.2

Типы капитальных траншей по Е.Ф. Шешко

Вскрытие крутопадающих месторождений обычно выполняют системой внутренних, капитальных траншей или комбинированно: внешними – несколько (2-4) верхних, и общими внутренними – все остальные горизонты. Системой капитальных траншей считают их совокупность, обеспечивающую вскрытие всех рабочих горизонтов карьера.

При вскрытии месторождений внутренними траншеями принципиальное значение имеет форма их трассы.

Трассой траншей называется линия, определяющая положение оси пути траншей в пространстве. Проекция трассы на горизонтальную плоскость называется планом, а на вертикальную – продольным профилем трассы. Если упоминают только трассу траншеи, то имеют в виду ее план. Для размещения системы траншей в пространстве карьера выполняют их трассирование, под которым понимают установление направления продольной оси траншей и положения их в плане и профиле. Трассу траншей устанавливают в полном соответствии с ее продольным уклоном, длиной, радиусами кривых, а также длиной и профилем участков примыкания на горизонтах (уступах) карьера.

Примыкание может выполняться на руководящем (i_р) или смягченном уклонах (i_см = 0,65i_р) и на горизонтальных площадках длиной 150-500 м при железнодорожном и 20-50 м при автомобильном транспорте.

Форма трассы считается простой, если она имеет одно направление на всем протяжении, и сложной, если она состоит из нескольких участков разного направления. Трасса внешних траншей всегда простая, а внутренних -–как простая, так и сложная.

Если протяженность трассы системы траншей превышает длину борта карьера, на котором производится ее трассирование, то возможны следующие случаи:

1) трасса размещается на одном борту карьера, а ее простые отрезки разного направления соединяются тупиками или петлями минимально допустимого радиуса; подобные трассы соответственно называют тупиковыми и петлевыми (рис.3.2 и 3.6);

2) трасса переводится с одного борта карьера на другой до полного размещения ее на всю глубину карьера, такая форма трасы именуется спиральной.

Тупиковая трасса применяется при железнодорожном транспорте на глубоких карьерах. Она может быть внутреннего и смешанного внешневнутреннего заложения, отличаясь от простой трассы меньшей провозной способностью.

Отрезки одного направления тупиковых трасс (ступени) в зависимости от длины карьерного поля, величины уклона траншеи и высоты уступа (формула 2.2) могут вскрывать от одного до трех-пяти уступов. В последнем случае трассу называют ступенчато-тупиковой.

Комбинированная внешняя и внутренняя трасса на глубоких карьерах применяется для сокращения числа тупиков изменения направления движения составов. При этом верхние три-четыре уступа вскрывают внешними, а нижние – внутренними траншеями.

Спиральная трасса представляет кривую, располагаемую на бортах карьера.

Минимальный периметр карьера Р_н на отметке начала спиральной трассы

Р_н = Р_нз + 2Н_спрctg_ср , (2.3)

где Р_нз - периметр дна карьера, м;

Н_спр - глубина вскрытия спиральной трассой, м;

_ср - средний угол откоса бортов карьера, град.

Петлевая трасса применяется при использовании на глубоких карьерах автомобильного и реже железнодорожного транспорта.

При вскрытии месторождения с переменными элементами залегания трасса капитальных траншей может быть комбинированной (например, простой и тупиковой, простой и спиральной, тупиковой и петлевой и т.д.).

Разрезные траншеи, являясь продолжением капитальных, проходятся горизонтально или с небольшим уклоном, подготавливают первоначальный фронт работ на вскрытых горизонтах.

Специальные траншеи предназначены для иных, кроме вскрытия и подготовки горизонтов, целей, например, для дренажа месторождения.